“量子化学”这门学问到底是研究什么东西的?很多人对元素周期表还是感兴趣的,可是一旦涉及这种比较具体的问题,大家往往就会打退堂鼓。就连化学专业的学生也可能在这一关上栽跟头。
人体由10(28次方)个原子组成。10(28次方)是“穰”,所以我们也可以说“人体是由1穰个原子组成的”。数量单位每差四位,从小到大分别是万、亿、兆、京、垓、秭、穰……由此可见,我们生活的世界与原子相比有多大。
“1穰个”的游戏规则自然不适用于“1个原子”的世界。比如,在我们生活的世界中,时间与位置是可以同时确定的。我们可以跟朋友约好“晚上七点半在涩谷八公像前见面”。除非这位朋友特别不守时,否则总能见到。但是在1个原子的小世界里,就没法这么约定了,因为时间与位置几乎不可能同时确定。
确定了时间,就无法确定准确的位置。而确定了位置,又无法确定准确的时间。这就是所谓的“不确定性原理”。位置与时间无法同时确定,只能用概率来表示——这是原子微观世界中的物理法则。
是不是有读者已经看晕了?其实,刚开始学量子化学时会有这种感觉的。学了一阵子后,虽然能用算式计算出概率,但总觉得还没有完全理解这套机制。
用1穰个原子的世界的常识去理解1个原子的世界,本来就是不可能完成的任务,也是毫无意义的徒劳之举。
就连二十世纪最伟大的物理学家爱因斯坦,在去世前也对量子理论持否定态度。
“上帝不会掷骰子。”
这是爱因斯坦留下的一句名言。他认为,这个世界上的物理现象不会只能用概率来表现。
爱因斯坦可是提出相对论这种颠覆既往常识理论的天才,连他都无法接受量子论,我们这些凡人一时半刻参不透也在所难免。
但我们不必气馁,研究量子化学的时候,只要用算式去分析概率就行了。一知半解并不影响做研究。
这里会使用各种模式化的图表帮助大家理解。不过请大家注意,图表终究是模式化的东西,在真正的原子世界中,有些东西只能用概率来表达。